异质材料钎焊、扩散焊关键技术及应用

     随着先进制造向高性能、高可靠、高精度、结构功能一体化发展,单材料结构已难以满足新要求,异质材料连接重要性日益凸显。异质材料连接是高端装备制造的关键基础技术之一,钎焊、扩散焊是异质材料连接的重要手段,甚至是某些场合唯一的连接方法。异质材料连接一度存在适用钎料缺失、连接机理不清、高可靠连接工艺缺乏以及质量评价不准等难题,导致多项核心部件难以制造,高端装备面临重大技术瓶颈。针对上述问题,郑州机械研究所有限公司联合国内30家优势单位,开展了系统性研发及应用研究工作。取得主要创新点如下:
    1. 构建了异质材料连接用高性能钎料设计体系,开发数字化设计平台,研制出系列多形态高活性钎料,创新钎料高效制备成套技术。创建了“元素等效替代”、“洁净钎料表征”、“钎料原位合成”、“复合润湿先导”等钎料设计理论。悬浮熔炼、旋转模拉丝、洁净挤压、旋锻弥合、余热连轧、等温挤压等钎料高效制备成套技术,攻克新型钎料加工技术瓶颈,破解钎料传统生产工艺效率低、能耗高不易成形等难题。
    2. 揭示了异质材料钎焊界面冶金机制及钎缝组织演变规律,提出了表面改性增润机理及界面优化机制。创新发展了表面金属化、表面活化、表面涂覆等表面改性工艺,实现了表面改性增润工艺与钎缝组织及性形优化调控,拓展了异质材料的组合应用。
    3. 提出了界面拓扑结构、钎缝组织对接头性能与残余应力分布的调控机制。研发了粗化材料表面形貌、设置不等间隙钎缝、预置塑性中间层、构建梯度过渡界面层及钎缝纳米复合化等技术,发明了异质材料高可靠连接新方法。
    4. 开发出多场耦合高效钎焊、扩散焊技术,围绕钎料成分、钎料制备、钎焊工艺的管控,建立全过程质量评价体系,在多领域实现了推广应用。建立热/力/电/磁耦合或多场耦合对异质材料连接的协同作用机制,实现了异种材料之间节材、减排、降耗型高可靠钎焊。形成多项质量评价规范与标准,推动异质材料钎焊、扩散焊技术在航空航天、制冷、矿山机械、超硬工具等领域的应用,引领异质材料连接技术提升,助推行业发展。
    项目通过了4次省部级科技成果鉴定,多项创新国际领先,获河南省科学技术进步奖一等奖、绿色制造科学技术进步奖一等奖、3项中国专利优秀奖。获授权发明专利102件、实用新型专利16件;发表论文124篇,形成国家标准12项,编撰专著10部。
    项目开发产品和技术优于国外,打破了国际技术壁垒,支撑了热核聚变、航空航天、盾构等多项国家重大工程的钎焊需求,并大量应用于石油钻探、电机电器、矿山机械、制冷、超硬工具等国计民生企业3000多家,经济效益显著,近三年实现新增销售收入499亿,利税59亿元,支撑上万亿规模的产业发展。